Deformationsegenskaper 48

Spännings-töjningssamband 4.7.1

Den stabiliserade jordens deformationsegenskaper, och då framförallt moduler vid små deformationer, är av betydelse för dimensionering av vägkonstruktionen. En ökad styvhet vid terrassytan ger en minskad spårbildning i vägytan, se vidare kapitel 5. Den stabiliserade jordens styvhet ökar med ökande hållfasthet hos materialet.

Typen av bindemedel kan ha stor inverkan på den hållfasthetstillväxt som sker efter inblandning. Däremot har typen av bindemedel normalt mindre betydelse för den stabiliserade jordens beteende vid belastning. Det spännings-töjningssamband som uppstår styrs i hög grad av den hållfasthetsnivå som uppnåtts snarare än av typen av medel som blandats in (Åhnberg, 2007).

En ökande styvhet resulterar i en minskande deformation vid brott. Variation i materi- alets brottdeformation med hållfasthet och spänningsnivå ger också en bild av hur styvheten varierar. Brottdeformationen vid enaxliga tryckförsök på lera som stabiliserats med olika typer och kombinationer av bindemedel har uppmätts minska från ca 1–3 % vid en tryckhållfasthet av 100 kPa till ca 0,5–1 % vid tryckhållfastheter av 500 kPa och däröver (Åhnberg m.fl., 2003), se Figur 4.19a. En ökning av omgivande spänningar ger en minskad styvhet och därigenom ökad brottdeformation, se Figur 4.19b som visar exempel på ungefärlig inverkan av spänningsnivå på brottdeformation för två stabiliserade leror.

En uppfattning om materialens styvhet kan fås från de enaxliga tryckförsök som rutin- mässigt utförs vid förprovning. Spännings- deformationskurvans utseende kan variera väsentligt vid olika tryckförsök beroende på hållfasthetsnivåer och jordtyp, vattenkvot m.m. I Figur 4.18 visas exempel på en spännings-deformationskurva från ett enaxligt tryckförsök på en stabiliserad lermorän. En elasticitetsmodul kan utvärderas för aktuellt spänningsintervall. Försöket efterliknar dock inte helt förhållandena i fält där viss horisontalspänning normalt förekommer. En korrigering av det uppmätta spännings- deformationssambandet behöver ofta först göras för inverkan av ändyteeffekter.

a) Enaxliga tryckförsök. Efter Åhnberg m.fl. (2003).

b) Triaxialförsök. Från Åhnberg (2006).

Figur 4.17 Förhållande mellan brottdeformation och tryckhållfasthet enligt olika försök på lera som stabiliserats med olika typer och kombinationer av bindemedel.

0,0 5,0 10,0 0 500 1000 1500 2000 quc, kPa f , % Stabiliserad lera

(kalk, cement, slagg, flygaska mm)

0 5 10 15 20 0 500 1000 q, kPa failure , % =20kPa =80kPa =160kPa =240kPa =20kPa =80kPa =160kPa q , min-max Drained tests '3c = 20kPa '3c = 80kPa '3c = 160kPa '3c = 240kPa Linköping Clay Löftabro Clay '3c '3c '3c '3c '3c '3c '3c uc

Figur 4.18 Exempel på uppmätt hållfasthet mot deformation vid ett enaxiellt tryckförsök på kalkstabiliserad lermorän. Från Lindh (2000).

Elasticitetsmodul 4.7.2

Spännings-töjningssamband kan uttryckas med hjälp av olika moduler. För terras- stabilisering är det elasticitetsmodulen vid små deformationer, E0, eller resilient-

modulen, Er, som normalt är av störst intresse vid dimensionering av vägkonstruktioner,

se vidare kap 5.

I Figur 4.19 visas antaget dimensionerande samband mellan enaxlig tryckhållfasthet och resilientmodul för kalkstabiliserade terrasslager baserat på data från Thompson and Figueroa (1989) och bakåträknad modul från resultat av FWD-försök (Falling wieght deflectometer) i fält (Little, 1999).

Figur 4.19 Samband mellan enaxlig tryckhållfasthet och resilientmodul hos kalkstabiliserad jord. Från Little 1999.

 (%) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 UC S ( kP a ) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

I Figur 4.20 visas resultat av triaxialförsök på prover av lerig silt, lera och lerig gyttja som stabiliserats med kalk, kalk-cement och cement och där den initiella modulen E0

har utvärderats enligt Kondner (1963) (Åhnberg m.fl., 1995). Med antagande av ett hyperbelformigt spänningsdeformationssamband kan E-modulens variation med ökande vertikal deformation, uttryckt som sekantmodul, då beskrivas genom uttrycket

E E0/ (1bE₀ ₁)

där b, se Figur 4.20, beskriver förändringen i modul med vertikal relativ deformation. Modulerna i figuren är utvärderade utifrån mätningar av total deformationen under försöken. Utvärdering enligt Kondner innebär att inverkan från ändyteeffekter minimeras, men angivna värden bör ändå därför betraktas som något konservativa. Värdet på E0 ökar med ökande skjuvhållfasthet hos materialet, men är också spännings- beroende varför förhållandet mellan modul och skjuvhållfasthet minskar med ökande konsolideringsspänning. Någon skillnad i beteende för de olika materialen kunde inte noteras (Åhnberg m.fl., 1995).

Figur 4.20 Utvärderad initiell E-modul och parameter b vid triaxialförsök på kalk, kalk-cement och cementstabiliserad lerig gyttja, lera och lerig silt. Från Åhnberg m.fl. (1995).

Seismiska mätningar med resonant column free-free försök som utförts på olika typer av stabiliserad jord visar på något högre förhållanden mellan kompressionsmodul och hållfasthet hos materialen. I Figur 4.21 visas resultat av försök på stabiliserad lera och

organisk jord med en hållfasthet upp till ca 1 MPa. Resultaten visar på ett högre förhållande mellan modul och hållfasthet än de ovan angivna för FWD-mätningar och triaxialförsök. De seismiska mätningarna är utförda på obelastade prover medan FWD och triaxialförsök utförs på prover utsatta för yttre belastning. Det senare ger normalt en lägre modul hos ett material.

Om E-modulen vid dragpåkänningar inte har uppmätts vid indirekta eller direkta dragförsök kan den antas motsvara E-modulen enligt tryckförsök (Svensk standard, 2006a-d).

Figur 4.21 Uppmätt normaliserad initiell kompressionsmodul vs tryckhållfasthet för olika prover av stabiliserad jord där wL> 40 %. Från Åhnberg & Holmén (2009a, b).

Tvärkontraktionstal 4.7.3

Japanska undersökningar på cementstabiliserad jord har visat på tvärkontraktionstal (Poissons tal), , av ca 0,25–0,45 (Terashi & Kitazume, 2001).

Undersökningar med resonant column free-free försök på en rad jordar som stabiliserats med olika typer av bindemedel har visat på ett förhållande mellan kompressions- och skjuvvågshastighet av ca 1,6 för prover med en vattenkvot större än ca 40 %, vilket visar på ett tvärkontraktionstal av i medeltal 0,3 (Åhnberg & Holmén, 2009). Figur 4.22. Sambandet var likartat inom hela det undersökta hålfasthetsspannet, från ca 20 kPa till 1 MPa.

y = 0.251x1.164 R2 _{= 0.959} 0 500 1000 1500 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 quc,kPa E0 / , M P a/( M g /m 3 ) Nödinge kc/kce Västberga Skärlunda Vikadeponin Martinique Kitazume tests Valdemarsvik Hede-Älvängen St Viken Nödinge ckd Gävle Oxelösund Falkenberg H Trend (RCff)

Stabilised clay(, peat, gyttja) w > 40%

Figur 4.22 Uppmätt kompressionsvågshastighet vs. skjuvvågshastighet och utvärderat medeltvärkontraktionstal för olika prover av stabiliserad jord. Från Åhnberg & Holmén (2009).